複合加算析出強化を利用した新しい耐熱材料の設計

复合添加剂沉淀强化新型耐热材料的设计

基本信息

批准号：
03J07556
负责人：
二村裕一
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

申請者は、マルテンサイト系耐熱鋼の高温域での強化手段として、従来鋼で使用されている炭窒化物粒子とは析出サイトが異なるCu粒子の複合析出を提案しており、これまでCuの添加によりクリープ強度が大幅に改善されることを実証してきた。しかしながら、これらの研究では、Cuのみを強化元素として利用した基礎研究にとどまっており、種々の炭窒化物粒子を含めた析出粒子の分散状態の最適化など、複合加算析出強化を図るための実用化を見据えた組織制御の指針は得られていない。そこで今年度は、(1)高温保持に伴うマルテンサイト組織の変化と種々の炭窒化物粒子の役割を明確化し、(2)炭窒化物粒子およびCu粒子の成長挙動や転位との相互作用を比較することで、それぞれの析出粒子の最適な分散状態を検討した。マルテンサイト組織は、10^<15>m^<-2>程度という高密度の転位を含んでいるため熱的に不安定であり、高温保持中には回復や再結晶が生じて鋼の強度は低下する。炭窒化物粒子、なかでも耐熱鋼で析出する代表的な炭化物M_<23>C_6粒子は、マルテンサイト組織中の種々の境界に主に析出して転位や粒界の移動の妨げとなり、組織の回復や再結晶を抑制する効果があることを明らかにした。したがって、優れた高温強度を長時間維持するには、境界移動を抑制するために炭窒化物粒子を、さらに粒内転位の移動を妨げるためにCu粒子を複合析出させることが有効であると示唆された。また、再結晶の抑制効果は、粒子の分散間隔に強く依存し、粒界エネルギーを考慮することで再結晶を抑制する臨界の粒子間隔を理論的に求めることもできた。一方、これらの粒子について、高温保持中の成長挙動を調査した結果、Cu粒子、M_<23>C_6炭化物粒子ともに、その成長は溶質原子の転位芯拡散によって律速されることを見出した。そのため、とくにM_<23>C_6炭化物粒子では、置換型元素として拡散係数が小さいものを固溶させることにより、その成長を遅らせて粒子径を細かく保つことも高温強度の観点から有効であると示唆された。

申请人提出了与常规钢中使用的不同沉淀位点不同沉淀位点的Cu颗粒的复合沉淀，作为加强高温区域中马氏菌耐热钢的一种手段，并且已经证明，添加CU可以显着提高蠕变强度。但是，这些研究仅将CU用作增强元件，并且没有提供组织控制的准则，目的是实用应用以增强复合添加降水量，例如优化包括各种碳依氏颗粒在内的沉淀颗粒的分散状态。因此，今年，我们通过（1）通过（1）阐明了由于高温保留而与各种碳二颗粒颗粒的作用阐明马氏体结构的变化，以及（2）比较碳耐二颗粒颗粒和Cu颗粒之间的相互作用。 Martensite结构包含大约10^<15> m^<-2>的高密度，因此它是热不稳定的，并且在高温维持期间发生恢复和重结晶，从而导致钢的强度降低。已经揭示了碳依抗颗粒，尤其是典型的碳化物M_ <23> C_6颗粒在耐热钢中沉淀，主要在马氏体结构的各种边界处沉淀，阻碍了脱位和晶粒边界运动，并且具有抑制组织恢复和重结晶的效果。因此，已经提出，为了长时间保持出色的高温强度，将碳依抗颗粒结合起来以抑制边界运动并进一步防止元素内脱位的运动有效。此外，抑制重结晶的效果在很大程度上取决于颗粒的色散间隔，并且考虑到晶界能，理论上可以确定抑制重结晶的临界粒子间距。另一方面，由于在高温下研究了这些颗粒的生长行为，我们发现Cu颗粒和M_ <23> C_6 C_6碳化物颗粒都是通过溶质原子的脱位核心扩散来限制的。因此，已经提出，尤其是M_ <23> C_6碳化物，它也可以有效地解决具有较小扩散系数的替代元素，并从高温强度的角度来减缓其生长并保持粒径良好。